臺灣博碩士論文加值系統

本研究開發自動化的量測系統會記錄每個壓力感測元件的特性曲線，並將特性資料數據上傳雲端供應用端使用者下載參考。其動作原理係利用真空幫浦與小型腔體製作一真空環境，將市售壓阻式壓力感測元件置放於腔體內，隨著調整腔體內真空程度後利用感測元件的惠斯登電橋，測量感測元件的輸出電壓差，再利用微控器與電子電路將電壓差轉換成對應的壓力數值，此類元件可應用於真空環境的數值監控。

在相同的封裝條件下，封裝後的成品會因為元件本身的製程差異致使每個成品的真空度範圍都有些許不一樣。在人力與成本的考量下，廠商沒辦法一一的去量測並訂出完全相同的產品規格，通常只會給個大概範圍。對於購買者而言，無法直接使用，需額外花費時間人力去測量後才能了解產品進而實際運用。

在模擬的真空環境中先校準一壓力感測元件，利用此壓力感測元件輸出的電壓差與環境的真空度做比對得出一個線性的曲線，截取線性部分的資料點作為整個研究的標準化比對數據。壓力感測元件實際的輸出電壓單位為mV等級，為了避免雜訊干擾訊號造成資料的失真，需將電壓輸入運算放大器以降低雜訊干擾的風險。放大後的電壓差訊號傳到MT7697微控器的接收埠，藉由微控器將電訊號轉換成數位訊號，經由程式運算使訊號還原到真實的電位差數值，並與標準IC比對得出真空壓力數值，此特性數據資料將自動上傳雲端供使用者參考。

In vacuum applications, the pressure sensors would have a slight difference under the same packaging conditions. Considering the cost of mass production, the manufacturers can not measure product differences for each one and give a detail characteristic curve in manual. They only give an approximate vacuum range in usual. Therefore, the purchaser needs additional calibraton costs before it can be used. The purpose here is to develop an auto measurement system which records the characteristic curve of each pressure sensor and uploads corresponding characteristic datas to cloud providing end users to download for applications.
A standard pressure sensor was calibrated firstly. It was used to calibrate the vacuum degree when the device is under test (DUT). From the standard sample, a linear curve of vacuum degree was obtained as a function of voltage difference. Then, the slope and intercept of that curve were determined and used as the theoretical prediction of pressure value in DUT. The voltage unit of pressure sensor is at mV level. In order to avoid the noise interference and caused the signal distortion. The differential operational amplifier was empolyed to amplify the input signal. Then, the amplified signal was transmitted to the MT 7697 microprocessor, and instantly converted it to the digital signal. Finally, the electrical signal was restored to the original level through the program calculation. This characteric datas will be automatically uploaded to the cloud system for user reference.

摘要.............................................................i
Abstract........................................................ii
誌謝.............................................................iii
目錄.............................................................iv
表目錄...........................................................vi
圖目錄...........................................................vii
第一章 緒論.......................................................1
1.1 前言.........................................................1
1.2 研究背景......................................................4
1.3 研究動機......................................................5
第二章、設備介紹....................................................8
2.1 硬體設備介紹...................................................8
2.1.1 壓力感測元件(Pressure Sensor)介紹.............................8
2.1.2 微控器MT7697介紹..............................................9
2.1.3 無線壓力真空計(AV 760).........................................9
2.1.4 3D列印機(3D Printer)介紹.......................................9
第二章 設備介紹.......................................................11
2.2 軟體設備介紹.....................................................11
2.2.1 Arduino 程式介紹...............................................11
2.2.2 SolidWorks 3D繪圖介紹..........................................12
第三章 實驗流程與方法..................................................19
3.1 實驗流程.........................................................19
3.2 電子電路.........................................................19
3.2.1 運算放大器(Operational Amplifier)..............................19
3.2.2 反向放大器.....................................................19
3.2.3 非反相放大器...................................................20
3.2.4 電壓差放大器...................................................20
3.2.5 電壓隨耦器(Voltage follower)...................................21
3.3 封裝流程.........................................................22
第四章 結果與討論......................................................29
4.1 壓力元件的特性參數擷取.............................................29
4.2 驗證封裝可行性.....................................................30
4.3 驗證有無使用OPA放大電路的對數據擷取的影響.............................31
4.4 電路配置............................................................31
4.5 還未到客戶可用之終端數據處理..........................................32
4.5.1 數位類比轉換器(ADC，Analog-to-digital coverter)....................32
4.5.2 數據擷取方法.......................................................32
4.6 雲端數據後處理.......................................................32
4.6.1 數據合併...........................................................33
4.6.2 定義最佳數據區段....................................................33
4.6.3 數據擬合計算斜率....................................................33
4.6.4 比較計算斜率、截距的取樣點數對誤差影響................................34
4.6.5 數據與圖檔建檔......................................................34
結論......................................................................52
參考文獻.................................................................. 53
附錄一.....................................................................55
附錄二.....................................................................57
Extended Abstract..........................................................62

[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%8B%E5%BC%BA 維基百科-壓力

[2] 邢泰剛 壓阻式壓力微感測器製作工研院工材所微感測器實驗室

[3] http://sensor.b2b6.com/chuanganqi/yali/tcsyalicgq.html 陶瓷式壓力傳感器

[4] http://ctld.nthu.edu.tw/bookclub/blog/index.php?update_id=361#a1 壓力感測器之模擬分析與元件設計

[5] http://www.twword.com/wiki/%E9%9B%BB%E9%98%BB%E6%87%89%E8%AE%8A%E5%BC%8F%E6%84%9F%E6%B8%AC%E5%99%A8 台灣WORD-電阻應變式感測器

[6] 新通訊2013年7月149期 技術前瞻 低功耗微控制器相助 電感式感測應用節電效能倍增 Anders Guldahl

[7] http://ctld.nthu.edu.tw/bookclub/blog/index.php?update_id=361#a1 壓力感測器之模擬分析與元件設計

[8] 諧振式MEMS壓力傳感器的制作及圓片級真空封裝 中國科學院 電子學研究所傳感技術國家重點實驗室 北京 100190 陳德勇、曹明威、王軍波、焦海龍、張健

[9] 王崇飛 壓力感測元件簡介 元智大學機械系大四自動化機械設計實務課程教材

[10] https://itw01.com/QMLPESP.html 一文讀懂壓力感測器的原理和分類

[11] 台肥月刊 微機電系統(MEMS)之介紹 新創事業處 鐘啟東

[12] 微機電製程與應用技術 國立台灣師範大學 機電科技學系 楊啟榮 博士

[13] 國立中山大學學位論文典藏 第二章 微加工技術的介紹

[14] 微機電系統導論-LIGA與LIGA-like製程1 高維第一科技的大學機械系 余志成
[15] 真空技術與應用 國科會精密儀器發展中心 全華圖書

[16] 真空技術精華 五南文化事業 蘇青森

[17] https://en.tdk.eu/tdk-en/180384/tech- TDK Products

[18] 微機電系統 五南文化事業 陳炳煇

[19] 感測器原理與應用(含實驗) 新文京出版社 羅仕炫、林獻南

[20] https://labs.mediatek.com/zh-tw/chipset/MT7697 Mediatek 產品介紹

[21] http://www.appioninc.com/products/av760.html Appion Inc. Products

[22] http://www.film-top1.com/product-info.asp?id=662 3分鐘了解什麼是熱塑性彈性體(TPE)

[23] 數位影像處理技術手冊(第二版) 松崗資產管理股份有限公司 賴岱佑、郭忠義、黃福助